四川某高速公路泥石流灾害调查与对策研究

蒋 锐

(四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院 成都 610000)

四川某高速公路泥石流灾害调查与对策研究

蒋 锐

(四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院 成都 610000)

该文以四川某高速公路的所跨越的沙沟河泥石流沟为例，通过现场地质调绘、勘察、监测等措施综合确定： 沙沟河泥石流汇集处高速公路大桥可以满足频率为两百年一遇的泥石流峰值流量，并且高速公路所在位置处于泥石流堆积扇的相对安全区，泥石流危险性小。但该泥石流沟物源较丰富，水源充沛，今后在强地震、强降雨和人类活动的耦合联合作用下，可能会暴发大规模泥石流，并提出了相应的处理措施，以期能对西南山区高速公路跨越泥石流沟的建设积累经验。

高速公路大桥；泥石流调查；泥石流对策

四川某高速公路为进行加宽改造，对本高速公路所跨越的泥石流进行了专题研究。通过调查发现，该六条泥石流沟在历史上均发过较大规模的泥石流，再加上降雨、地震等作用的联合效应，有可能会发生规模较大的泥石流灾害，影响到高速公路的正常运营，甚至造成生命财产损失。

本文以K2227+930沙沟河大桥所跨越的西昌市月华乡沙沟河泥石流为例，探讨泥石流调查方法以及泥石流对策研究。

1 沙沟河泥石流特性研究

1.1流域概况

1.1.1 流域地理位置

本高速公路K2227+930沙沟河大桥所跨越的沙沟河位于西昌市月华乡。

本次高速公路加宽改造工程位于沙沟河流域堆积区，沟口处交通便利，成昆铁路、108国道、雅攀高速公路纵贯南北。沙沟河位于本高速公路加宽改造工程K2227+930桩号东侧，是安宁河左岸的一级支流，与高速公路相邻，沟口坐标为28°09′48.66″N， 102°10′28.30″E。

1.1.2 流域地形地貌

沙沟河流域面积约8.92km2，流域中主要沟道为沙沟河沟道，沙沟河主沟长5.50km，平均纵比降为204‰。

1.2沙沟河泥石流形成条件

1.2.1 地形条件

1.2.1.1 主沟地形地貌特征

沙沟河流域整体地势南高北低，山体高耸，沟道狭窄且多跌水陡坎。

根据实地调查，沙沟河主沟长5.5km，平均纵比降为204‰，主沟上游局部呈蛇形弯曲，岩体破碎，物源丰富，沟道两岸山体高耸陡峭，沟道狭窄，断面呈“V”型，两岸山坡坡度30°～70°，沟道流向转折，西北流向汇安宁河。

1.2.1.2 支沟地形地貌特征

沙沟河流域面积较大，冲沟较多，其中，沙沟河发育有两条面积较大的支沟，沟长范围在0.6～1.50km之间，支沟沟床比降在213～251‰之间，支沟沟道两岸山坡坡度在35～50°之间，沟道断面呈“V型”，沟床较弯曲。

1.2.1.3 沟道地形地貌条件

流域内山高坡陡，平均坡度在30°以上，沟谷纵坡较大，特别是主沟上游段及支沟纵坡多在400‰以上，有利于降雨的汇集，根据不同地段坡度、植被情况、斜坡结构特征等的差异，降雨的径流系数一般在0.2～0.3左右，为泥石流水源的汇流集中提供了基础。

根据沙沟河泥石流沟纵坡比降和物源分布特征，将全流域分成清水区、形成流通区和堆积区组成（图1.2-4）。

图1.2-4 沙沟河主沟泥石流纵剖面图

1.2.2 物源条件

通过实地调查与高清遥感影像解译分析，沙沟河流域物源类型主要有：崩滑堆积物、沟道堆积物、坡面侵蚀物质和冰碛物，这些类型的松散堆积物为流域内泥石流的启动和暴发提供了丰富的固体物质。沙沟河泥石流物源量具体见表1.2-3，具体分布见图1.2-5。

图1.2-5 沙沟河物源分布图

表1.2-3 沙沟河泥石流物源量统计表（×104m3）

1.3泥石流活动特征研究

泥石流的运动和堆积特征包括与泥石流的流速、流量、容重、冲击力等参数有关的泥石流运动堆积痕迹和实体的系列特征，它是研究泥石流形成运动和堆积规律的基础。这些特征可以通过调访和实地考察获得。

1.3.1 泥石流活动历史调访

根据当地村民介绍，沙沟河在近期历史上曾经山洪发作，涨消均很快，主河道未阻断，没有人员伤亡；但是根据对沙沟河流域的调查情况，结合流域地质情况、流域地形地貌和当地特殊的气象条件，在地震等内外动力作用的耦合下，其具备发生泥石流的可能。

1.3.2 泥石流行洪断面调访

通过对沙沟河全流域的调查并结合当地村民的指认洪水及泥石流活动痕迹，本次调查共获得5个行洪断面，并进行了计算。

1.3.3 泥石流沟床粗糙特征

据实地调查，沙沟河道变化较大，形成区坡度较大，跌坎发育；形成流通区沟床比降逐渐降低，泥石流中粗大颗粒多堆积于此。目前沟床糙率的取值，主要是通过沟床的特征参照相应的范围值来获取，参照比较《中国泥石流》的相应特征和糙率系数范围，取得相应的糙率系数为MC=10。

1.4泥石流沟易发程度判别与类型划分

1.4.1 泥石流暴发频率与易发程度判别

1.4.1.1 泥石流易发程度判别

针对沙沟河泥石流的基本特征，采用我国国土资源部发布的《泥石流灾害防治工程勘查规范》中的判别系统进行判别。

根据各分项打分而得，沙沟河泥石流易发性量化分值为81分，属轻微易发型泥石流。

1.4.1.2 沙沟河泥石流性质

沙沟河泥石流易发程度数量化评分得分为81分，为轻微易发稀性泥石流沟；

1.4.2 沙沟河泥石流类型

依据不同的标准泥石流可以划分为不同的类型，现参照《中国泥石流》、《泥石流防治指南》和《泥石流灾害防治工程勘查规范》分别对沙沟河泥石流进行类型划分。

（1）基于地貌的分类

按照泥石流沟谷地貌形态差异，可以把泥石流划分为两大类：沟谷型和坡面型泥石流。依据对沙沟河的现场调查可知，其为沟谷型泥石流。

（2）基于水源的分类

水是泥石流形成的激发因素，也是泥石流的重要组成部分。依据对沙沟河的现场调查可知，其为暴雨型泥石流。

（3）基于物源的分类

物源是泥石流形成的主要因素，依据物源条件可把泥石流分为六大类。依据对沙沟河现场调查可知，其为典型的混合型泥石流。

（4）按泥石流流体的容重可分为稀性泥石流和粘性泥石流。沙沟河泥石流属稀性泥石流；

（5）按泥石流的暴发频率可分为高频、中频和低频泥石流。根据对沙沟河的调访，判断沙沟河为低频泥石流。

（6）沙沟河泥石流暴发的水源供给主要为降雨的特点，沙沟河200年一遇、100年一遇泥石流类型综合概括均为沟谷降雨型低频特大型稀性泥石流，沙沟河50年一遇、20年一遇、10年一遇泥石流类型综合概括均为沟谷降雨型低频大型稀性泥石流。

1.5沙沟河泥石流发展趋势分析

泥石流的发展趋势是多个因素综合影响的结果，它可以通过各因数的综合分析和历史的调查访问而获得。

（1）从泥石流的活动历史分析泥石流的发展趋势

根据对当地居民的调查，沙沟河近20年来未曾暴发过大规模泥石流活动，但是，沟口发育有老泥石流堆积台地，堆积物已经不同程度的胶结，说明该区域在地质历史上曾暴发过泥石流。

（2）从地形地貌分析泥石流的发展趋势

泥石流的发生和发展的能量汇集过程受地形地貌的影响较大。沙沟河流域总体地势上游较为险峻，下游较为平缓。沟道平均坡降较陡，流域的最大高差达965m，山体平均坡度为30°～70°，坡面岩土风化强烈，基岩出露较多，流域的产流、汇流条件较好，从地形坡降因素看，依然满足泥石流的发生条件。

（3）从物源条件分析泥石流的发展趋势

经统计，沙沟河流域目前能为泥石流提供的物源类型较丰富、分布广、数量较大，松散固体物质为89.3万m3，其动储量为17.5万m3，该沟再次发生泥石流的物源条件依然十分充足。

（4）从水源条件分析泥石流的发展趋势

沙沟河在夏季冲沟径流发育，径流渗入坡面冲沟的堆积层，使部分土体饱和，为泥石流的产生奠定了基础。沙沟河流域年降水量丰沛且集中，据有关气象资料统计，流域多年平均降雨量为为1133mm，最大24小时降雨量达125.1mm，最大1小时降雨为76.3mm。

（5）从地震条件分析泥石流的发展趋势

根据国家标准化管理委员会GB18306-2001《中国地震动参数区划图》，本区地震动峰值加速度为0.30g，地震动反应谱特征周期0.40s，对应的地震基本烈度为Ⅶ度。

在地震的影响下，促进了基岩裂隙的张开，加速了岩体的风化速度，降低了流域内土体的强度，促进崩塌、滑坡的发展，地震作用是沙沟河泥石流产生和起动的重要外因之一，尤其是在地震和暴雨同时发生时，发生泥石流的概率将大大增加。

（6）从干旱气候分析泥石流的发展趋势

沙沟河泥石流区域历史上出现过很多次干旱情况，如2010、2011年，区域就曾连续两年出现干旱，强烈的干旱气候能促进泥石流的进一步发展。

综合以上分析可知，沙沟河泥石流沟具备泥石流形成的地形地貌和降雨条件，根据泥石流易发程度判别，沙沟河泥石流易发程度为轻微易发，沟内有零星崩塌和小规模滑坡发育，一般情况下爆发的较大规模泥石流的可能性较小，但应注意在强地震和强降雨的偶然联合作用下，可能会发生较大规模的泥石流。

1.6泥石流危险性评价与防治方案建议

1.6.1 泥石流对工程危险性评价

本高速公路大桥横跨沙沟河泥石流沟，合理评价泥石流沟对加宽工程后道路的危险性尤为重要，高速公路位于沙沟河出山口下游1.5km，处于堆积区。泥石流的堆积范围需要经过可合理的计算来判断泥石流堆积物是否会影响到高速公路所在高程，而且还需要验证在最大流量下，高速公路涵洞是否能够满足过流要求。利用已有泥石流特性参数，通过以上评价，给出合理的泥石流防治方案与建议，保证泸黄高速加宽改造工程的顺利施工，保证施工后高速公路的安全运营。

1.6.1.1 高速公路断面流量分析

（1）常遇工况

根据现场量测高速公路涵洞断面与国道涵洞断面，对该断面可通过的最大泥洪流量与泥石流峰值流量进行对比，结果如下：沙沙沟河泥石流200年一遇、100年一遇、50年一遇、20年一遇、10年一遇的泥石流峰值流量分别为261.96、225.07、171.29、117.07、82.79m3/s，泥石流200年一遇、100年一遇、50年一遇、20年一遇、10年一遇的一次浆体总量分别为12.44、10.69、8.14、5.56、3.93万m3。以上数据表明：沙沟河高速公路与国道位置预留涵洞断面的最大通过流量均可以满足频率为两百年一遇、百年一遇、五十年一遇、二十年一遇、十年一遇的泥石流峰值流量。

（2）极端工况

地震后泥石流的规模均会成倍增加，查阅安宁河断裂带历史地震资料，该区域周边历史上发生最大地震为1536年3月19日西昌市7.5级地震，根据现场调查及经验判断，沙沟河选取2倍泥石流流量对过流涵洞进行校核。

沙沟河200年一遇、100年一遇、50年一遇、20年一遇、10年一遇的泥石流流量分别为523.92、379.8、290.6、192.2、133.1 m3/s。经现场测绘，高速公路涵洞可以在泥石流流速最小的条件下过流944.8m3，因此，极端地震工况下高速公路涵洞可以满足泥石流过流要求。

因此，高速公路项目所在位置在目前工况下相对安全，泥石流危险性小。

1.6.3 泥石流防治方案与建议

1.6.3.1 防治方案

由于沙沟河沟道受到当地居民人为影响较为严重，沿沟挖方填高修建的土路密实性差，抗冲刷能力差，当遇到大雨或者暴雨时，可能会发生沟道发生堵溃等，增加泥石流规模，对下游造成严重的损失。针对这种状况，建议加强与当地国土、水利相关部门沟通，对土路进行压实处理，并保证排洪通道。建议对沟道中的桥墩采用橡胶表面防护，提高其抵抗泥石流颗粒冲刷能力；另外，应该对整条沟道定期进行清淤处理，保证沟道的顺畅和涵洞正常通过泥石流的能力。

同时，建议在工程建设和运营过程中，对沙沟河泥石流降雨采取实时监测，及时预警，以防止灾害发生，同时尽可能避免雨季施工。在治理工程完成后，若该区域遭遇50年一遇以上的降雨时，则应该加强该区域沟道的监测预警工作。

16.3.2 防治建议

（1）布置工程建议

压实土体同时还应该保证排洪沟的排导断面，使泥石流不漫槽；排泄区要保证足够的坡度；保证排泄区比较顺直；

（2）加强监测预警措施

建议在雨季时，在防治措施的基础上一定要加强对本泥石流沟的监测预警，主要包括雨量监测、水位监测、泥位监测、沟道流量监测等。

1.7沙沟河泥石流研究结论

（1）沙沟河流域面积8.92 km2，主沟长5.5km，沟床平均纵比降为204‰，流域松散固体物质共89.3万m3，其中泥石流动储量为17.5万m3，流域最大24小时降雨量达125.1mm，最大1小时降雨为76.3mm，泥石流水源条件充足，具备发生泥石流的地形、物源及降雨条件。

（2）沙沟河属轻微易发稀型泥石流沟，沙沟河200年一遇、100年一遇泥石流类型综合概括均为沟谷降雨型低频特大型稀性泥石流，沙沟河50年一遇、20年一遇、10年一遇泥石流类型综合概括均为沟谷降雨型低频大型稀性泥石流。

（3）沙沟河20年一遇泥石流容重为1.56g/cm3，其流速为4.26m/s，泥石流峰值流量为117.07m3/s，一次泥石流总量为5.56万m3，一次固体物质总量为1.89万m3，泥石流流体动压力为2.238×105Pa，泥石流大颗粒冲击力为3270.7KN。

（4）基于现有调查，沙沟河泥石流汇集处高速公路桥梁净空可以满足频率为两百年一遇的泥石流峰值流量，高速公路所在的位置相对安全，并且高速公路所在位置处于泥石流堆积扇的相对安全区，泥石流危险性小。但沙沟河泥石流物源较丰富，水源充沛，今后在强地震、强降雨和人类活动的耦合联合作用下，可能会暴发大规模泥石流，在此工况下，沙沟河对高速公路影响较大，应注意监测预警。

（5）建议公路部门与国土部门、水利部门加强沟通，并保证原始排洪通道畅通，防止新修土路作为泥石流物源，增大泥石流规模；另外对沟道中的桥墩应该采取橡胶表面防护，提高抵抗泥石流颗粒冲击的能力；同时还应还应进行适当清淤并辅以生物措施。

（6）如果出现强震等极端条件，应该尽快开展详细的泥石流研究工作，查明泥石流灾害环境，并联合国土等相关部门做好相应的防治措施。

[1]《中国泥石流》（中国科学院-水利部成都山地灾害与环境研究所，2000年）

[2]《泥石流防治指南》（北京：科学出版社，1991年）

[3]《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》（四川省水利电力厅，1984）

[4]《中国泥石流研究专辑》（中国科学院冰川冻土研究所集刊4，科学出版社）

[5]《水文分析与计算》（刘光文著，北京：中国水利水电出版社，1989）

[6]《基于黏土颗粒含量的泥石流容重计算》基于黏土颗粒含量的泥石流容重计算（陈宁生等，中国科学 E辑技术科学，2003，P164-174）

[7]唐宏旭.四川省龙池地区沟谷型泥石流堆积范围的研究[C].四川：成都理工大学，2013：32-33.

[8]胡桂胜.“7.10”连山大桥泥石流运动特征及沟道堵溃分析[J].成都理工大学学报（自然科学版），2015：643-648.

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1007-6344（2017）05-0024-02